【正文】 摘要 隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，為了提高飛機的運行穩(wěn)定性和安全性，需要對各種飛機機輪進行靜態(tài)力學性能測試。以驗證機輪在最大靜載荷和最大限制載荷下的承受能力。目前國內(nèi)現(xiàn)有的兩臺徑側(cè)向機輪試驗臺都研制于二十世紀七十年代，絕大部分的儀器儀表都是模擬的，不方便控制和觀測，且載荷試驗都必須手動完成，已經(jīng)不能夠滿足當前對飛機機輪進行的靜態(tài)力學載荷性能試驗的要求了。因此研制一臺高性能的全數(shù)字化的徑側(cè)向機輪試驗臺，并采用先進的控制算法具有十分重大的意義。該試驗裝置由液壓系統(tǒng)、電氣控制兩部分組成，本文的任務(wù)是完成試驗臺電氣控制部分的研制與調(diào)試。本文就該試驗臺的電氣控制部分的系統(tǒng)設(shè)計、硬件選型、硬件電路實現(xiàn)、軟件設(shè)計做出了詳細介紹。最后進行了系統(tǒng)的實驗室調(diào)試，將系統(tǒng)不斷完善、本文的重點是介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，對系統(tǒng)的軟件、硬件做了詳細的闡述。在實際應用中，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了很好的驗證，采用PID控制算法通過現(xiàn)場調(diào)試取得了較好的控制效果。 關(guān)鍵詞 機輪徑側(cè)向，工控機，可編程邏輯控制器，組態(tài)軟件，PID控制50 / 54ABSTRACT With the development of the space technique, we need to test a variety of airplane tyres for static mechanics performance for enhancing the stability and security of the desining the new airplane tyre ,the test of the sid direction of the footpath must be carried out in order to prove the adaptability of the airplane tyre under the greatest quiet load and the greatest restriction load. Since the two century china in the 1970s ,most of the apparatus are analog apparatus,which are made the control and observing testing inconvenient. Thus developed a highperformance bined radial and side load test machine has great significance. The observing and controlling platform is posed by the hydraulic pressure system and electrical task of this text is to finish studying and debugging the part of laboratory bench. This test presents the systematic design, selcecting hardware type,realizing hardware circuit and designing software of electric control systems in carriy on the systematic laboratory and systematic debugging on the spot. The focal point of the text is the design of the systematic hardware and software. The article addresses the system’s software and hardware in details. In the practical test, system’s reliability and stability has been proved .Control algorithms based on PID control through the debugging pressure control achieved good results.KEYWORDS the aircraft wheel’s radial and lateral direction, industrial controlling puter, the programmed logic controller, configuration software，PID control目錄第一章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 主要研究的問題及論文結(jié)構(gòu)概述 3 論文章節(jié)安排 4第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 5 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)說明 5 系統(tǒng)控制要求 6 徑側(cè)向自動化臺的總體設(shè)計方案 7 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 試驗臺本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計 11 控制系統(tǒng)硬件選型 13 軟件總體方案設(shè)計 15第三章 徑側(cè)向試驗臺計算機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 電機控制主電路 20 I/O模塊設(shè)計 21 比例溢流閥設(shè)計 22 保護電路與電磁兼容性 23 保護電路設(shè)計 23 電磁兼容性 24第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 上位機軟件設(shè)計 25 組態(tài)軟件設(shè)計 25 上位機軟件各功能模塊設(shè)計 27 下位機PLC控制程序 29 PLC輸入輸出地址分配 29 液壓系統(tǒng)徑側(cè)向動作控制程序 31 誤差處理及軟件濾波 33 PID控制程序 37 工控機與PLC的通訊軟件設(shè)計 39第五章 現(xiàn)場調(diào)試 42 調(diào)試內(nèi)容與步驟 42 調(diào)試結(jié)果 43第六章 結(jié)束語 46致謝 48參考文獻 49第一章 緒論 研究背景隨著祖國航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，各種航天工具的開發(fā)和改進，商用和軍用飛機輪胎的性能要求各不相同。為了保證飛機飛行安全，對各種飛機機輪的性能測試是十分必要的。再設(shè)計新型航空機輪時，為了驗證機輪的靜態(tài)力學性能測試需要對機輪進行徑—側(cè)向聯(lián)合載荷測試，傳統(tǒng)的模擬測量方式，不便于控制和觀察，因此需要研發(fā)一套高性能的全數(shù)字化的徑—側(cè)向自動化實驗裝置。這里研制的機輪徑自動化實驗臺要求設(shè)計為能實現(xiàn)手動和全自動控制，能實現(xiàn)實驗過程的全自動化。該實驗臺采用工業(yè)控制計算機的應用和嵌入式控制系統(tǒng)控制技術(shù)，屬于全數(shù)字化自動測控臺[1]；能實現(xiàn)實驗過程的全自動化，減輕了操作人員復雜的操作，減少了在人為操作控制因素下對測試精度的影響；加載曲線的實時顯示和打印，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控，使實驗過程更加安全可靠。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外輪胎制造業(yè)起步較早，各種輪胎試驗機的研發(fā)也得到了飛速發(fā)展，對航空機輪的的研發(fā)隨著航空技術(shù)的不斷提升也在不斷提升公司所自有的機輪力學性能測試試驗臺。隨著控制技術(shù)的飛速發(fā)展，試驗臺的各性能指標也得到了很大的提高。各輪胎大公司為了提高自身的市場競爭力，對輪胎試驗機的研發(fā)也日益投入大量的研究費用。從機械試驗機到模擬系統(tǒng)到自動控制系統(tǒng)的輪胎試驗機，不斷提高自動化測試水平，而且測試性能及各方面指標都有極大提高。近年來，國際上不斷涌現(xiàn)許多新型的高性能、多功能的輪胎試驗機。1999年，德國Beissbarth公司開發(fā)了一種稱作MTT2100微型輪胎試驗機的新型輪胎試驗裝置，該試驗機通過軟件對所得信息進行對比和解釋，以圖像顯示結(jié)果，可以在線分析輪胎性能[2]。2001年，世界的輪胎制造商荷蘭VMI公司展示了其新開發(fā)的通用輪胎試驗機，該儀器可用于乘用車胎和載重車胎，可進行負荷變形試驗、脫圈試驗、壓穿試驗和接地印痕試驗四種輪胎性能測試。附加測試包括胎面接地面比例、負荷下胎面花紋動態(tài)性能測試等。集4種測試于一機，可大大節(jié)省接地面積和投資[3]。2003年2月，日本普利斯通公司在東京的技術(shù)中心安裝了一臺世界上最大的汽車輪胎試驗機—MTS模擬路面動態(tài)系統(tǒng)，該試驗機在速度、垂直輸入、側(cè)向力和扭矩等方面的測試指標均勝過其他汽車輪胎試驗機，并可評價輪胎在拐彎、剎車時的特性以及高速和大負載下的加速度[4]。2006年日本神戶鋼制所開發(fā)了新型的輪胎均勻性試驗機，可以精確地測試最高速度達200kph時輪胎的失衡力[5]。近兩年來，在世界輪胎公司75強中，“米其林”、“普利司通”、“固特異”占有相當大的市場，且負責各航空公司航空機輪的生產(chǎn)和檢測，其輪胎試驗機的自動化水平和測試性能指標都處于世界領(lǐng)先地位。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國輪胎業(yè)的發(fā)展起步比較晚，雖然生產(chǎn)廠家已發(fā)展到了400多家，輪胎生產(chǎn)量已排名世界第一位，但因我國輪胎的總體檔次比較低，路況比較差，因此，對于輪胎的發(fā)展沒有起到促進作用，因此很多輪胎廠家的生產(chǎn)技術(shù)還停留在六七十年代的水平。與各工業(yè)發(fā)達國家相比,我國在航空機輪的試驗和檢驗方面基本上是空白,差距很大。七十年代后期，國內(nèi)某航空公司從英國鄧祿普公司引進了一套航空機輪試驗設(shè)備，總投資500萬英鎊，是我國當時唯一一臺通過國際認證，中國民航總局批準的航空試驗設(shè)備，每年承接大量的機輪試驗和檢驗任務(wù)。近幾年，隨著航空技術(shù)的發(fā)展和我國高速路的發(fā)展，促進了我國輪胎業(yè)的發(fā)展，目前已有幾個廠家引進了國外的先進設(shè)備，且相應的各類型輪胎試驗機也相繼面向市場，但普遍存在測試性能不高，自動化水平落后的現(xiàn)象。各研發(fā)單位生產(chǎn)的輪胎試驗機也大都面向汽車輪胎測試的方向，對航空機輪的各性能測試主要依靠國外進口設(shè)備，嚴重影響了國內(nèi)對航空機輪的研發(fā)進度和生產(chǎn)制造水平。近年來，我國在輪胎試驗機的設(shè)計和研究方面也有了一定的進展，出現(xiàn)了多家自行研制和開發(fā)輪胎試驗機的單位和企業(yè)，開發(fā)出多種類型的輪胎試驗機。如2000年廣州市橡膠工業(yè)制品研究所研制的雙二位輪胎耐久高速試驗機，2001年天津賽象科技股份有限公司研制的輪胎高速/耐久試驗機，2005年國家輪胎質(zhì)檢中心及廣東汕頭橡塑機械所聯(lián)合研制的輪胎強度脫圈靜負荷試驗機等。2001年國家標準管理委員會發(fā)表了輪胎動平衡試驗的相關(guān)標準[6]。2003年臺灣華中橡膠測試公司自研發(fā)了輪胎綜合試驗機，測試功能包括輪胎破壞能試驗、胎唇抗脫座試驗、縱向剛性系數(shù)試驗、橫向剛性系數(shù)試驗、印痕試驗、與胎面接地壓力分布分析等，現(xiàn)已開發(fā)了第三代產(chǎn)品。2004年北京航空制造工程研究所自主開發(fā)了全自動充氣式輪胎動平衡試驗機，并采用了西門子Simatic WinAC、數(shù)據(jù)庫等先進技術(shù)。2007年山東玲瓏橡膠有限公司自主研發(fā)了UP2092型輪胎綜合試驗機，可以測試輪胎的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)、斜角和包覆剛性、壓穿強度、脫圈阻力和踏面印痕等,通過采用輪胎綜合試驗機進行剛性和踏面印痕試驗,可以定量分析輪胎的操控性能和舒適性能,減少輪胎室外性能試驗次數(shù)和改進輪胎使用性能[7]。如今國內(nèi)以引進技術(shù)等形式建立了大型輪胎試驗場，可對各種不同類型的輪胎從性能方面進行綜合測試，現(xiàn)國內(nèi)技術(shù)比較領(lǐng)先的是天津久榮公司所建立的綜合試驗場，可完成包括強度測試、耐久測試等16項不同性能方面的測試[8]，同時也承擔了制定國家輪胎測試標準的任務(wù)。同時，國內(nèi)電液控制技術(shù)方面[9]也已經(jīng)開始由模擬儀表向數(shù)字化發(fā)展，液壓技術(shù)同電子技術(shù)、控制技術(shù)的結(jié)合日益緊密，從而使電液元件和系統(tǒng)的性能有了質(zhì)的飛躍，加強了市場競爭力，為液壓工業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的天地。相應地，這也給產(chǎn)品的開發(fā)和使用帶來了新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代控制理論在電液控制系統(tǒng)方便也得到了較好的應用。電液控制系統(tǒng)屬于本質(zhì)非線性和不確定性系統(tǒng)，如電液伺服閥的壓力—流量特性、液壓動力機構(gòu)(如非對稱缸)的摩擦特性和死區(qū)特性、負載特性等都是非線性；而不確定性因素則包括外來干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動等。為了提高電液控制系統(tǒng)的精確性和適用性，幾十年來，隨著現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，報道電液控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代控制理論的文獻層出不窮，而且均取得了良好的效果。輪胎試驗機液壓伺服控制系統(tǒng)是輪胎試驗機的關(guān)鍵部分。目前大多使用模擬控制，即由運算放大器和功率電子元件為主組成控制放大電路。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點，其控制功能簡單，難以適應各種需要場合，并且存在明顯的溫度漂移和零點漂移。參數(shù)設(shè)定需用電位器調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)結(jié)果不易被復制或記錄。出廠時設(shè)定好的參數(shù)一旦改變就不易恢復。此外，電位器的頻繁調(diào)節(jié)對電位器產(chǎn)生磨損，出現(xiàn)故障非專業(yè)人員難以排查。計算機控制系統(tǒng)則可避免上述弊端，參數(shù)設(shè)定可通過PC或總線完成，避免了活動元器件的機械磨損。所有調(diào)節(jié)不僅能自動記錄或打印出來，還可以實現(xiàn)密碼保護，防止他人擅自修改造成故障。也可應用于多點多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)中，通過人機對話方式完成系統(tǒng)設(shè)置和測試工作。同模擬控制器相比，它集成系統(tǒng)控制功能于一體，使得閥控系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟性、可靠性和靈活性和使用維護的方便性，使得它具有較廣闊的應用前景。 主要研究的問題及論文結(jié)構(gòu)概述該測試臺的電氣控制部分的任務(wù)是：、圖形曲線顯示打印主要研究的問題有： 論文章節(jié)安排本論文的設(shè)計就是就以上提出的任務(wù)問題進行系統(tǒng)的論述，論文章節(jié)的具體安排如下：第1章 是緒論部分。主要是介紹試驗臺的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及研究內(nèi)容。第2章 是飛機機輪徑側(cè)向自動化試驗裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，確定了系統(tǒng)總體的控制方案，并進行硬件系統(tǒng)的選型。第3章 是飛機機輪徑側(cè)向自動化試驗裝置的硬件電路設(shè)計，介紹了硬件電路如何實現(xiàn)手動控制和自動控制，介紹了PLC的輸入輸出模塊電路，同時在考慮基于提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方面完成了硬件系統(tǒng)的電磁性兼容性的設(shè)計。第4章 是軟件系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)要求，設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)控功能。并介紹了人機界面的各模塊功能。闡述了典型的PLC程序設(shè)計過程。第五章是是現(xiàn)場調(diào)試，介紹了實驗室進行現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試時的，不斷完善系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)性能。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計本章主要說明飛機機輪徑側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，控